Quando la primavera arriva nell'Artico, la rottura delle calotte glaciali invernali inizia in superficie con la formazione di stagni di fusione. Queste pozze di neve sciolta e ghiaccio oscurano la superficie del ghiaccio, aumentando la quantità di energia solare che la calotta di ghiaccio assorbe e accelerando lo scioglimento. Un team che include il matematico dell'Università dello Utah Kenneth Golden ha determinato come si formano questi stagni di fusione, risolvendo un mistero paradossale su come una pozza d'acqua si trovi effettivamente in cima a un ghiaccio altamente poroso. I loro risultati sono pubblicati in Journal of Geophysical Research - Oceani .

"Qui ci viene presentato questo puzzle fondamentale, "Golden dice. "Come mai si formano gli stagni? Quando si formano, quanto sono profondi, e la loro estensione è assolutamente fondamentale per il modo in cui il ghiaccio si scioglierà".

Golden studia la dinamica del ghiaccio marino, che è un sistema composito di solidi e liquidi di varia salinità e chimica. Gli stagni di fusione sono al centro della sua ricerca perché influenzano drammaticamente l'albedo, o riflessività, del ghiaccio marino, uno dei parametri più importanti nella modellazione climatica. Possono anche consentire a più luce di penetrare attraverso il ghiaccio, permettendo alle alghe di proliferare nell'acqua di mare sottostante.

Nel 2014, D'oro, insieme al primo autore dello studio Chris Polashenski del laboratorio di ricerca e ingegneria delle regioni fredde dell'esercito degli Stati Uniti e colleghi hanno viaggiato a bordo del cutter della guardia costiera degli Stati Uniti Healy verso il mare di Chukchi, tra Alaska e Siberia, per indagare sulle massicce fioriture di alghe sotto il ghiaccio, che era stato osservato per la prima volta nel 2011. Come parte del loro studio, avevano bisogno di misurare la permeabilità del ghiaccio. La permeabilità è una misura di quanto bene i vuoti e i canali interconnessi all'interno di un materiale consentono al fluido di fluire attraverso.

Il loro primo tentativo consisteva nel praticare un foro nel ghiaccio al di sotto del "livello del bordo libero, "o falda freatica, per vedere quanto velocemente l'acqua ha riempito il buco.

"Si è riempito fino al livello del bordo libero in circa un secondo e mezzo, "D'oro dice, indicando che il ghiaccio era troppo permeabile per effettuare una misurazione. Prossimo, la squadra ha provato ad aggiungere acqua alla buca per vedere quanto velocemente il livello dell'acqua si è riequilibrato al livello del bordo libero. Hanno pianificato diversi tentativi, e ho notato che nel secondo tentativo, il livello dell'acqua è sceso molto più lentamente rispetto al primo tentativo.

"E poi la terza volta è stato il fascino, "Dice Golden. La squadra ha versato acqua nel buco e il livello non è sceso affatto. "Abbiamo formato uno stagno di fusione!" dice.

incuriosito, il team ha testato diversi livelli di salinità dell'acqua nei pozzi e ha usato coloranti per tracciare il progresso dell'acqua attraverso il ghiaccio. (Il team ha utilizzato coloranti alimentari rosso e verde della cucina di Healy, dice d'oro). Tutta la loro sperimentazione ha indicato un chiaro meccanismo per la formazione di stagni di fusione.

"Il punto di congelamento dell'acqua di disgelo fresca della neve è zero Celsius, " dice Golden. "Ma il ghiaccio stesso è forse -1 o -1,5. Il punto di congelamento dell'acqua di mare è -1,8. Quindi in poche parole, stai ricevendo questa infusione di acqua fresca e lì c'è abbastanza freddo da ostruire i pori. Stai abbassando la permeabilità del ghiaccio con questo processo di congelamento dei tappi d'acqua dolce nella microstruttura porosa." Con la permeabilità ridotta, l'acqua di fusione può formare una pozza sopra il ghiaccio.

Altri, compreso Pollashenski, aveva ipotizzato che un tale processo potesse essere alla base della formazione dello stagno di fusione, d'oro dice, ma che la sua squadra era nel posto giusto al momento giusto con l'attrezzatura giusta per mettere insieme la storia sul campo. Auspicabilmente, lui dice, comprendere le condizioni che portano alla formazione di stagni di fusione può aiutare gli scienziati a prevedere dove e quando potrebbero formarsi gli stagni mentre le temperature dell'Artico continuano a salire.